30.12.2020

Крепь из набрызгбетона


Метод набрызгбетонирования известен более 70 лет, однако До сих пор широкого распространения в отечественной угольной промышленности не получил. Между тем применение набрызгбетонирования открывает большие перспективы дальнейшего роста производительности труда, снижения материалоемкости и стоимости горнопроходческих работ.

Создание конструкций крепи набрызгом бетона предусматривает нанесение слоя бетонной смеси на поверхность выработки посредством направленного потока воздуха. Бетонная смесь, наносимая со значительным скоростным напором (скорость вылета струи из сопла достигает 60—80 м/с), образует бетон с более высокими прочностными показателями и сцеплением с породой, чем обычный вибрированныи бетон.

Процесс образования набрызгбетона заключается в следующем. Вначале к поверхности выработки прилипают легкие цементные частицы, смоченные водой, образующие тонкую пленку.. В этой пленке задерживаются мелкие частицы песка, а затем при возрастании толщины покрытия, — крупные фракции заполнителя.

Набрызгбетонная крепь обладает рядом преимуществ в сравнении с традиционными конструкциями. К числу основных преимуществ этой крепи можно отнести следующие:

- набрызгбетонная крепь является универсальной конструкцией, применяющейся самостоятельно или в сочетании с анкерами и сеткой в качестве временной и постоянной крепи для крепления и ремонта вертикальных шахтных стволов, протяженных: горных выработок, различных сопряжений, камер и туннелей. В последние годы за рубежом ее используют даже при креплении выемочных штреков угольных шахт, т. е. в зоне влияния очистных работ;

- при нанесении смеси под напором частицы цемента с мелкими фракциями песка забиваются в пустоты и трещины породной поверхности, восстанавливая нарушенный приконтурный слой пород. Вследствие этого в систему сил, противодействующих расслоениям массива, включается дополнительная конструкция — восстановленная породная оболочка. Эта «дополнительная» крепь работает в единой системе с набрызгбетонным покрытием, образуя конструкцию с высокой грузонесущей способностью. Кроме того, создавая более правильную поверхность выработки, набрызгбетон выравнивает напряжения, повышая ее устойчивость. Благодаря высокому сцеплению набрызгбетона с породой, исключается проскальзывание крепи по контуру выработки, что резко снижает изгибающие моменты, повышая несущую способность конструкции;

- набрызгбетонное покрытие, нанесенное даже небольшим слоем, надежно предохраняет горные породы от разрушения внешними агентами, в результате чего породы сохраняют свои свойства неизменными на длительный срок. В обычных условиях прочность пород вокруг выработки с течением времени снижается до 60—70% начальной;

- движение набрызгбетонной смеси по трубам под скоростным напором воздуха повышает дисперсность цемента и увеличивает число гидратирующих зерен. Это способствует повышению прочности набрызгоетона. Кроме того, активность цемента возрастает вследствие постоянного трамбования материала под действием вылетающей из сопла струи;

- более высокая механическая прочность набрызгбетона позволяет в 2 раза уменьшить толщину крепи (по сравнению с бетонной, возводимой с помощью опалубки). Это, в свою очередь, снижает жесткость конструкции, а следовательно, улучшает работоспособность крепи за счет лучшего использования упругого отпора пород, на 30—50% сокращает стоимость крепи и на 10—25% уменьшает площадь сечения выработки в проходке;

- высокий уровень механизации крепления обеспечивает увеличение производительности труда проходчиков-крепилыциков в 2—3 раза. Механизированный набрызг смеси позволяет с одинаковой степенью трудности возводить как мелкие, так и массивные конструкции крепей из набрызгбетона;

- возможность быстро и просто приспосабливаться к изменяющимся условиям проходки путем изменения толщины покрытия, его механической прочности и применения усиливающих элементов (анкеров, арматурной сетки, металлических арок);

- набрызгбетонная крепь повышает безопасность эксплуатации выработки, заранее предупреждая о появлении опасности. Это объясняется тем, что деформации в набрызгбетонной крепи появляются в виде трещин постепенно, а высокая адгезия с породой удерживает нарушенную бетонную оболочку и куски отделившейся породы от вывалов. Ремонт, восстановление и усиление крепи весьма просто производится повторным набрызгом. При необходимости ремонтируемую крепь несложно усилить анкерами и последующим набрызгом бетона;

- возможность крепления выработки вслед за продвиганием забоя и нанесения набрызгбетона в несколько приемов. Это позволяет использовать первый слой как временную крепь, являющуюся элементом постоянной. Набрызгбетонная крепь быстро включается в работу, не допуская расслоения пород;

- крепь снижает аэродинамическое сопротивление выработки и безопаснее в пожарном отношении по сравнению с металлической, сборной железобетонной и деревянной;

- набрызгбетон пригоден в качестве материала водонепроницаемой крепи зумпфов, водосборников, канавок, а также для изоляции водонепроницаемых, противопожарных или вентиляционных перемычек. Он успешно применяется в комбинации с металлическими арками для заполнения пустот, выполняя роль затяжек. При упрочнении пород тампонажем тонкий слои набрызгбетона используют в качестве изолирующего слоя, предотвращающего вытекание тампонажного раствора через щели между затяжками пли блоками крепи.

Набрызгбетонные крепи не лишены недостатков, к которым можно отнести следующие:

- при набрызге бетона 20—30% компонентов смеси теряется в результате отскока. Величина отскока зависит от гранулометрического состава заполнителей, технологического режима набрызга, эффективности различных добавок и сроков схватывания. При оптимальном сочетании упомянутых факторов потери при отскоке составляют не более 10%. Использование шлакосиликатных бетонов показало, что потери материала при отскоке не превышают 10%, а толщина слоя, наносимого за один прием, может быть доведена до 20 см;

- использование исходной сухой смеси обусловливает .большую запыленность рудничного воздуха, что требует применения средств индивидуальной защиты людей, находящихся в забое при ведении набрызгбетонных работ. Однако проведенные исследования показали, что возможно снижение уровня запыленности до 15—25 мг/м3;

- технология крепления набрызгбетоном не обеспечивает получения гладкой внутренней поверхности выработки и ее строгие геометрические очертания, как это имеет место при креплении бетоном с опалубкой. Указанный недостаток увеличивает аэродинамическое сопротивление и ухудшает эстетический вид выработки по сравнению с монолитной бетонной крепью. Неровности породной поверхности влияют на устойчивость выработки и несущую способность крепи. Поэтому при создании несущей конструкции из набрызгбетона в первую очередь необходимо заполнять все углубления в породе и сгладить резкие неровности, что, в свою очередь, приводит к перерасходу материала. Отрицательный эффект этого недостатка можно снизить, применяя специальные приборы для контроля толщины крепи, шаблоны и валки для разглаживания поверхности свежеуложенного бетона, контурное взрывание и комбайновую проходку выработки;

- при проектировании набрызгбетона предъявляются повышенные требования к составляющим компонентам и приготовлению бетонной смеси, различным добавкам, к фракционному составу инертных заполнителей.

В практике крепления горных выработок пабрызгбетон используется как в самостоятельном виде, так и в комбинаций с другими крепями: анкерной, металлической арочной и т. д. Егo усиливают металлической сеткой, добавками металлических игл или капронового волокна (фибронабрызгбетон). Применение различных комбинаций набрызгбетона с другими несущими элементами позволяет создавать конструкции крепи практически для любых геомеханических условий сооружения выработки.

Так, в условиях, где применяется монолитная бетонная крепь, набрызгбетон может быть использован в самостоятельном виде без усиливающих элементов. При этом его толщину, по сравнению с бетонной крепью, возводимой с помощью опалубки, можно уменьшить в 2—3 раза, благодаря большей механической прочности материала и упрочняющему эффекту. В более сложных условиях набрызгбетон усиливается металлическими или капроновыми иглами, комбинируется с анкерами и металлической сеткой. Такая конструкция эквивалентна металлобетонной крепи.

Набрызгбетонное покрытие служит основным элементом крепи регулируемого сопротивления, удачно сочетается с последующим упрочнением пород, вмещающих выработку, инъекцией скрепляющих растворов.

В зависимости от места затворения набрызгбетонной смеси различают «сухой» и «мокрый» способы безопалубочного бетонирования. До сих пор в подземном строительстве широкое применение находит «сухой» способ, что обусловлено его некоторыми преимуществами перед «мокрым»:

- существующие машины для «сухого» набрызгбетонирования более просты и надежны;

- сухая смесь транспортируется на значительные расстояния;

-технология бетонирования позволяет применять быстротвердеющие составы и создавать за один прием покрытия толщиной до 200 мм и более;

- набрызгбетон имеет более высокую прочность.

К числу недостатков «сухого» способа можно отнести:

- повышенное пылеобразование в процессе работы машины;

- необходимость предварительной просушки компонентов смеси, что усложняет технологию и приводит к дополнительным трудозатратам;

- значительный отскок материалов;

- ручную регулировку подачи воды в смеситель сопла, что требует высокой квалификации сопловщика;

- в процессе набрызга поток материала на выходе из сопла имеет пульсирующий характер. Это ведет к непостоянству водоцементного отношения смеси и, как следствие, уменьшению коэффициента однородности набрызгбетона.

При «мокром» способе набрызга представляется возможной более точная дозировка состава смеси, снижаются расход сжатого воздуха, отскок материала и пылеобразование. Однако повышенное водосодержание смеси понижает прочность набрызгбетона, а существующие конструкции нагнетательных устройств не позволяют применять крупный заполнитель.

В Японии известен опыт возведения набрызгбетонных покрытий «двухпоточным комбинированным способом» (ДКС), представляющим комбинацию «сухого» и «мокрого» способов. На брызгбетонная смесь разделяется на два класса по крупности: первый — не менее 2 мм, второй — от 2 до 20 мм. Крупный класс транспортируется в сухом виде пневматическим способом, а мелкий в виде водного раствора добавляется с помощью насосов к потоку сухого материала. При использовании метода ДКС сохраняется водоцементное отношение, улучшаются однородность и качество набрызгбетона, уменьшаются пылеобразование и отскок.

Известные отечественные и зарубежные набрызгмашины для «сухого» и «мокрого» способов безопалубного бетонирования их преимущества и недостатки рассмотрены в работе. Применяющиеся в настоящее время машины для «мокрого» способа бетонирования, вследствие гидравлического транспортирования составов, должны работать па подвижных цементно-песчаных смесях, обладающих достаточной способностью к перекачиванию. Излишнее водосодержание снижает прочностные характеристики и увеличивает время схватывания набрызгбетона. При этом существенно снижается толщина покрытия, наносимого за один раз. Поэтому представляет особый интерес новое техническое решение этой проблемы, предложенное Отраслевой лабораторией подземных сооружений МУП Украины при МакИСИ и ДонУГИ. Реализация решения достигается тем, что нагнетательный насос в установке отсутствует (рис. 2.10). Подача смеси осуществляется шнековым загрузочным устройством в дозатор, представляющий собой барабан с ячейками. Раствор к соплу поступает непрерывным почти равномерным потоком. В состав смеси для мокрого набрызга может быть включен щебень фракции 2—20 мм, т. е. такой же, какой применяется при «сухом» способе набрызгбетонирования. Предлагаемая машина предназначена для работы со смесями оптимального водосодержания и обладает преимуществами «сухого» и «мокрого» способов набрызгбетонирования.

Затворенная набрызгбетонная смесь через сито 2 непрерывно загружается в приемную емкость 1 и шнеком 9 через загрузочный проем заполняет ячейки вращающегося барабана 5 (см. рис. 2.10). В зоне разгрузочного проема смесь выдувается сжатым воздухом из ячеек в выходной патрубок 8 и направляется по материальному шлангу 6 к соплу 7. С помощью натяжных винтов 4 диски 3 с регулируемым усилием прижимаются к торцам барабана 5, обеспечивая герметизацию системы.

Принудительная загрузка смеси шнеком позволяет не только оптимизировать ее водосодержание, но и расположить ось вращения барабана горизонтально. Это упрощает конструкцию выходного патрубка и снижает сопротивление системы пневмотранспорта смеси.

Для исключения пульсирующей подачи смеси в материальный шланг ячейки барабана выполнены фасолеобразиой формы, обеспечивающей почти постоянный объем транспортируемой смеси.

Предложенная конструкция пригодна и для «сухого» набрызгбетонирования.





Яндекс.Метрика